Istraživački tim predvođen istraživačima s Instituta Ruđer Bošković razvio je novi anodni materijal za primjenu u litij-ionskim baterijama. Novi je materijal razvijen na bazi silicija, a karakterizira ga porozna struktura koja mu omogućava bolju izmjenu naboja. Unaprijeđena je i vodljivost materijala te kapacitet. Ovo bi istraživanje IRB-a trebalo dati značaj doprinos unaprjeđenju konvencionalnih baterija.

Matea Raić, doktorandica u Laboratoriju za molekulsku fiziku i sintezu novih materijala IRB-a, koja je razvila novi anodni materijal na bazi silicija, objašnjava da postiže specifične kapacitete deset puta veće od konvencionalne grafitne anode. “Specifični kapacitet određenog materijala označava ukupnu količinu naboja koju neki materijal može primiti po masi aktivnog materijala i izračunava se teorijskim modelom. Za silicij taj teorijski model predviđa energetski kapacitet od 4200 miliamper-sati po gramu”, kaže Raić te dodaje da je novi anodni materijal koji je razvijen na IRB-u postigao kapacitet vrlo blizu teorijskom kapacitetu.

“Naš je tim uspio eksperimentalno postići kapacitet od 3333 miliamper-sati po gramu, što znači da se postignuti rezultat približio teorijskoj vrijednosti, i to za silicij koji je zapravo jedini materijal koji može dati najveći kapacitet litij-ionskim baterijama”, navodi Mile Ivanda, voditelj Laboratorija i mentor Matee Raić.

Razvoj ovog materijala značajan je zato što konvencionalne baterije, koje koriste grafitne anode, imaju brojne nedostatke. Mali kapaciteti, skladištenje, visoke cijene, samo su neki. Korištenjem silicija, pak, smanjuje se trošak po kilovat satu. Također, velika je prednost silicija njegova prirodna rasprostranjenost. “Silicijske anode mogu se pripremiti u različitim fazama s ciljem smanjenja težine baterijskih spremnika te su, sa sigurnosnog aspekta, primjenjivije jer je manja vjerojatnost od pojave kratkog spoja”, objašnjavaju s IRB-a te dodaju da je zbog svih ovih prednosti u posljednjih nekoliko godina izgrađeno nekoliko tvornica koje proizvode litij-ionske baterije s anodom na bazi silicija.

Unaprjeđenje baterija, naime, cilj je brojnih znanstvenih institucija diljem svijeta iz više razloga. Prije svega, dobar dio uređaja koje koristimo traži pouzdane i izdržljive baterije. Iste bi trebale poslužiti kao sredstvo pohrane obnovljivih izvora energije, a sve su važnije i u automobilskoj industriji. A te iste, posebno ove najraširenije, litij-ionske, pune su mana. Za njihovu se proizvodnju koriste oskudni prirodni resursi pa su vrlo skupe. Teško ih je reciklirati i zapaljive su. Ne čudi stoga usmjerenost prema unaprjeđenju istih ili razvoju novih.

Procjenjuje se da će tržište baterija do 2028. biti vrijedno više do 30 milijardi eura te da će na istom prevladavati upravo litij-ionske, ističu s IRB-a.

Slijedi nastavak istraživanja

Hrvatska u toj financijskoj raspodijeli kolača sudjelovati može jedino suradnjom znanosti i gospodarstva. Ono na čemu rade znanstvenici s IRB-a trebalo bi primijeniti u praksi.

Matea Raić s IRB-a ističe da će daljnji koraci u njihovim istraživanjima biti usmjereni prema povećanju broja ciklusa punjenja i pražnjenja. “Raznim aditivima pokušat ćemo smanjiti degradaciju materijala i tako postići veće učinkovitosti naših anodnih materijala”, kaže.

Što se pak komercijalizacije istoga tiče, ono je zapravo još dosta daleko.

“Ovakva istraživanja još su u fazi testiranja i postoji prostora za napredak u energetskom sektoru. Ali ona zahtijevaju dodatna mjerenja u realnim sustavima i stoga je nužno povezivanje s gospodarstvom kako bi se potencijalni materijali mogli unaprijediti i prilagoditi realnim sustavima”, kaže prva autorica na radu čiji su rezultati objavljeni u časopisu “Journal of Electroanalytical Chemistry”.